GLONASS卫星信号捕获研究
发布时间：2021-08-03 23:53
介绍了GLONASS卫星信号的组成和特点,分析了卫星导航接收机对卫星信号捕获的串行搜索算法,并介绍了基于快速傅里叶变换的并行频率和并行码相位捕获算法原理。对3种捕获算法的复杂度和捕获效率进行了对比分析,理论结果表明,并行码相位捕获算法效果较好。利用Matlab软件模拟产生GLONASS中频信号,对3种捕获算法进行了仿真验证。实验结果表明,在-25 dB的信噪比下,3种算法均能对1 ms卫星信号进行捕获,并行码相位捕获算法效率最高,与理论结果一致。
【文章来源】：无线电通信技术. 2019,45(06)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图1串行捕获算法原理图
n=0∑N－1m=0x(m)·y(m+n)·e－j2πknN=∑N－1m=0x(m)·ej2πkmN∑N－1n=0y(m+n)·e－j2πk(m+n)N=X*(k)·Y(k)。(6)式中，DFT表示离散傅里叶变换，其中X*(k)为x(n)的傅里叶变换后取复共轭，Y(k)为y(n)的傅里叶变换。根据这2个公式，可以对GLONASS捕获算法进行改进。将中频信号与本地载波信号进行相乘，并对其进行傅里叶变换得到Y(k)。对伪码进行傅里叶变换并取共轭，得到X*(k)，将二者相乘后进行傅里叶逆变换，即可实现码循环搜索，得到卫星信号的伪码相位，并行码相位捕获原理图如图3所示。图3GLONASS并行码相位捕获算法原理图3捕获仿真与分析串行捕获算法和并行捕获算法各有优缺点，采用Matlab软件对GLONASS的L1载波信号进行仿真验证，并对算法复杂度进行分析对比。3．1捕获仿真GLONASS信号下变频后的中心频率设置为fc=5．5MHz，采样频率为40MHz。GLONASS在轨卫星有14个频道，L1载波信号频率间隔为0．5625MHz，每颗卫星各自的频率中心为fc+k×0．5625MHz，k的取值范围为(－7～6)。GLONASS卫星选用0号卫星，随机设置伪码相位和多普勒频率值fd，多普勒频率变化范围设置为±5kHz，频率搜索步长设置为500Hz，伪码相位搜索步进为半个码片。由于GLONASS扩频码一个周期的长度为1ms，所以选择用于捕获的信号长度须为1ms，即一个伪码周期长度，信噪比设置为－25，－30dB两种情况。仿真实验结果如图4所示，从图4(a)、图4(c)和图4(e)可以看出，在－25dB的信噪比下，3种捕获算法均能正确地捕获到卫星导航信号，得到较强的相干峰。在图4(c)中，由于FFT分析有负的镜像频率，所有产生2个相干峰。在－30dB的信噪比下，由于干扰太强，3种捕获算法均不能有效地捕获到卫星导航信号。
2019年第45卷第6期无线电通信技术607图43种捕获算法捕获结果3．2复杂度分析对比串行捕获是一个多普勒频率和码相位相联合的二维搜索过程，对于低动态接收机，多普勒频率搜索范围为±5kHz，搜索步进为500Hz，遍历511个不同的码相位，每半个码片搜索一次，搜索总共需要的重复相关运算次数为:511×2×(2×5000500+1)=1022×21=21462，(7)即总共需要21462次相关运算才能完成对一颗卫星的捕获。串行捕获算法原理简单，易于实现，缺点就是需要对所有可能的情况进行分析，计算量较大，捕获的速度相对较慢，更适宜于硬件来实现。并行频率捕获算法中每复现一次伪码相位，就运用FFT对载波的频率进行分析，通过分析频谱的值实现对卫星信号的捕获。由于GLONASS系统所有卫星使用同一扩频码，如果每半个码片搜索一次，则1022次重复搜索就可以实现对视线范围内所有卫星的捕获。并行码相位捕获算法中，需要对频率进行遍历，对于一颗卫星，以500Hz的步进对±5kHz频率范围进行搜索，仅需要21次重复搜索。伪码的FFT变换结果可以预先存储在内存中，因此并行码相位捕获算法相对效率较高。在同一台电脑上运行3种捕获算法，从表1中
【参考文献】：
期刊论文
[1]GLONASS卫星导航信号模拟与接收验证软件开发[J]. 贲星,宋茂忠,熊骏. 信息技术与网络安全. 2018(03)
[2]基于压缩感知的GPS信号压缩与捕获研究[J]. 何国栋,汪佳瑞,靳蓓蓓,王涛春. 无线电通信技术. 2017(05)
[3]GLONASS卫星信号模拟器设计与实现[J]. 邓洪高,王帅,孙希延,纪元法,李银虎. 桂林电子科技大学学报. 2013(03)
本文编号：3320566
【文章来源】：无线电通信技术. 2019,45(06)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图1串行捕获算法原理图
n=0∑N－1m=0x(m)·y(m+n)·e－j2πknN=∑N－1m=0x(m)·ej2πkmN∑N－1n=0y(m+n)·e－j2πk(m+n)N=X*(k)·Y(k)。(6)式中，DFT表示离散傅里叶变换，其中X*(k)为x(n)的傅里叶变换后取复共轭，Y(k)为y(n)的傅里叶变换。根据这2个公式，可以对GLONASS捕获算法进行改进。将中频信号与本地载波信号进行相乘，并对其进行傅里叶变换得到Y(k)。对伪码进行傅里叶变换并取共轭，得到X*(k)，将二者相乘后进行傅里叶逆变换，即可实现码循环搜索，得到卫星信号的伪码相位，并行码相位捕获原理图如图3所示。图3GLONASS并行码相位捕获算法原理图3捕获仿真与分析串行捕获算法和并行捕获算法各有优缺点，采用Matlab软件对GLONASS的L1载波信号进行仿真验证，并对算法复杂度进行分析对比。3．1捕获仿真GLONASS信号下变频后的中心频率设置为fc=5．5MHz，采样频率为40MHz。GLONASS在轨卫星有14个频道，L1载波信号频率间隔为0．5625MHz，每颗卫星各自的频率中心为fc+k×0．5625MHz，k的取值范围为(－7～6)。GLONASS卫星选用0号卫星，随机设置伪码相位和多普勒频率值fd，多普勒频率变化范围设置为±5kHz，频率搜索步长设置为500Hz，伪码相位搜索步进为半个码片。由于GLONASS扩频码一个周期的长度为1ms，所以选择用于捕获的信号长度须为1ms，即一个伪码周期长度，信噪比设置为－25，－30dB两种情况。仿真实验结果如图4所示，从图4(a)、图4(c)和图4(e)可以看出，在－25dB的信噪比下，3种捕获算法均能正确地捕获到卫星导航信号，得到较强的相干峰。在图4(c)中，由于FFT分析有负的镜像频率，所有产生2个相干峰。在－30dB的信噪比下，由于干扰太强，3种捕获算法均不能有效地捕获到卫星导航信号。
2019年第45卷第6期无线电通信技术607图43种捕获算法捕获结果3．2复杂度分析对比串行捕获是一个多普勒频率和码相位相联合的二维搜索过程，对于低动态接收机，多普勒频率搜索范围为±5kHz，搜索步进为500Hz，遍历511个不同的码相位，每半个码片搜索一次，搜索总共需要的重复相关运算次数为:511×2×(2×5000500+1)=1022×21=21462，(7)即总共需要21462次相关运算才能完成对一颗卫星的捕获。串行捕获算法原理简单，易于实现，缺点就是需要对所有可能的情况进行分析，计算量较大，捕获的速度相对较慢，更适宜于硬件来实现。并行频率捕获算法中每复现一次伪码相位，就运用FFT对载波的频率进行分析，通过分析频谱的值实现对卫星信号的捕获。由于GLONASS系统所有卫星使用同一扩频码，如果每半个码片搜索一次，则1022次重复搜索就可以实现对视线范围内所有卫星的捕获。并行码相位捕获算法中，需要对频率进行遍历，对于一颗卫星，以500Hz的步进对±5kHz频率范围进行搜索，仅需要21次重复搜索。伪码的FFT变换结果可以预先存储在内存中，因此并行码相位捕获算法相对效率较高。在同一台电脑上运行3种捕获算法，从表1中
【参考文献】：
期刊论文
[1]GLONASS卫星导航信号模拟与接收验证软件开发[J]. 贲星,宋茂忠,熊骏. 信息技术与网络安全. 2018(03)
[2]基于压缩感知的GPS信号压缩与捕获研究[J]. 何国栋,汪佳瑞,靳蓓蓓,王涛春. 无线电通信技术. 2017(05)
[3]GLONASS卫星信号模拟器设计与实现[J]. 邓洪高,王帅,孙希延,纪元法,李银虎. 桂林电子科技大学学报. 2013(03)
本文编号：3320566
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